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空气锤是由锤身、压缩缸、工作缸、传动机构、操纵机构、落下部分及砧座等组成。
空气锤工作原理是:
电动机通过减速机构和曲柄,连杆带动压缩气缸的压缩活塞上下运动,产生压缩空气。
当压缩缸的上下气道与大气相通时,压缩空气不进入工作缸,电机空转,锤头不工作,通过手柄或脚踏杆操纵上下旋阀,使压缩空气进入工作气缸的上部或下部,推动工作活塞上下运动,从而带动锤头及上砥铁的上升或下降,完成各种打击动作。
旋阀与两个气缸之间有四种连通方式,可以产生提锤、连打、下压、空转四种动作。
见图4-2。
图4-2空气锤的结构
1-踏杆2-砧座3-砧垫4-下砧5-上砧6-锤杆7-工作缸8-下旋阀9-上旋阀10-压缩气缸11-手柄12-锤身13-减速器14-电动机15-工作活塞16-压缩活塞17-连杆18-曲柄
3.自由锻的基本工序
自由锻造时,锻件的形状是通过一些基本变形工序将坯料逐步锻成的。
自由锻造的基本工序是指锻造过程中使金属产生塑性变形,从而达到锻件所需形状和尺寸的工艺过程,包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转和切割等。
(1)镦粗
镦粗是对原坯料沿轴向锻打,使其高度减低、横截面增大的操作过程。
镦粗分为完全镦粗、端面锻粗和中间镦粗等,如图4—3所示。
图4—3镦粗
镦粗时应注意下列几点:
①镦粗部分的长度与直径之比应小于2.5,否则容易镦弯。
②坯料端面要平整且与轴线垂直,锻打用力要正,否则容易锻歪。
③镦粗力要足够大,否则会形成细腰形或夹层。
(2)拔长
拨长是使坯料横断面积减小、长度增加的锻造工序。
拔长常用于锻造杆、轴类零件。
拔长的方法主要有两种:
①在平砧上拔长。
图4-4a是在锻锤上下砧间拔长的示意图。
高度为H(或直径为D)的坯料由右向左送进,每次送进量为L。
为了使锻件表面平整,L应小于砧宽B,一般L≤0.75B。
对于重要锻件,为了整个坯料产生均匀的塑性变形,L/H(或L/D)应在0.4~0.8范围内。
②在芯棒上拔长。
图4-4b是在芯棒上拔长空心坯料的示意图。
锻造时,先把芯棒插入冲好孔的坯料中,然后当作实心坯料进行拔长。
拔长时,一般不是一次拔成,先将坯料拔成六角形,锻到所需长度后,再倒角滚圆,取出芯棒。
为便于取出芯棒,芯棒的工作部分应有1:
100左右的斜度。
这种拔长方法可使空心坯料的长度增加,壁厚减小,而内径不变,常用于锻造套筒类长空心锻件。
a)在平面上拔长 b)在芯轴上拔长
图4—4拨长
(3)冲孔
用冲子在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序,冲孔过程如图4—5所示。
(4)弯曲
使坯料弯曲成一定角度或形状的锻造工序,如图4—6所示。
(5)扭转
使坯料的一部分相对另一部分旋转一定角度的锻造工序,如图4—7所示。
a)薄坯料冲孔
b)厚坯料冲孔
1-冲头
2-坯料
3-垫环
4-芯料
图4—5单面冲孔示意图
图4—6弯曲
图4—7扭转
(6)切割
分割坯料或切除料头的锻造工序。
4.锻件的锻造过程示例
任何锻件往往是经若干个工序锻造而成的,在锻造前要根据锻件形状、尺寸大小及坯料形状等具体情况,合理选择基本工序和确定锻造工艺过程。
表4—1所示为六角螺母的锻造工艺过程示例,其主要工序是镦粗和冲孔。
表4—1螺母的锻造过程
序号
火次
操作工序
简图
工具
备注
1
下料
錾子或剪床
按锻件图尺寸,考虑料头烧损,计算坯料尺寸,并使H0/do<2.5
2
镦粗
尖口钳
3
冲孔
圆钩钳
冲子
4
锻六角
心棒
用心棒插入孔中,锻好一面转60°
锻第二面,再转60°
即锻好。
5
罩圆
倒角
罩圆凹模
6
修整
平锤
修整温度可略低于800℃
4.1.2模锻简介
模锻全称为模型锻造,将加热后的坯料放置在固定于模锻设备上的锻模内锻造成型的。
模锻可以在多种设备上进行。
在工业生产中,锤上模锻大都采用蒸汽-空气锤,吨位在5KN~300KN(0.5~30t)。
压力机上的模锻常用热模锻压力机,吨位在25000KN~63000KN。
模锻的锻模结构有单模堂锻模和多模膛锻模。
如图4—8所示为单模堂锻模。
1—下模2—上模3—锤头4—模座5—上模用楔
6—上模用键7—下模用楔8—下模用键9—模座楔10—砧座
A—坯料B—变形C—带飞边的锻件
D—切下的飞边E—锻件
图4—8单模膛锻模及其固定
4.1.3胎模锻简介
胎模锻是在自由锻设备上使用胎模生产模锻件的工艺方法。
胎模锻一般采用自由锻方法制坯,然后在胎模中成形。
胎模的种类较多,主要有扣模、筒模及合模三种。
1.扣模。
如图4-8(a)所示。
扣模用来对坯料进行全部或局部扣形,生产长杆非回转体锻件。
也可以为合模锻造进行制坯。
用扣模锻造时,坯料不转动。
2.筒模。
如图4-9(b)、(c)所示。
筒模主要用于锻造齿轮、法兰盘等盘类锻件。
如果是组合筒模,采用两个半模(增加一个分模面)的结构,可锻出形状更复杂的胎模锻件,能扩大胎模锻的应用范围。
3.合模。
如图4-8(d)所示。
合模由上模和下模组成,并有导向结构,可生产形状复杂、精度较高的非回转体锻件。
由于胎模结构较简单,可提高锻件的精度,不需昂贵的模锻设备,故扩大了自由锻生产的范围。
图4-9胎模的几种结构
4.2板料冲压
板料冲压是利用冲模在压力机上使板料分离或变形,从而获得冲压件的加工方法。
图4-10是板料冲压成形件。
板料冲压的坯料厚度一般小于4mm,通常在常温下冲压,故又称为冷冲压。
常用的板材为低碳钢、不锈钢、铝、铜及其合金等,它们塑性高,变形抗力低,适合于冷冲压加工。
板料冲压易实现机械化和自动化,生产效率高;
冲压件尺寸精确,互换性好;
表面光洁,无须机械加工;
广泛用于汽车、电器、日用品、仪表和航空等制造业中。
图4-10板料冲压成形件
4.2.1冲床结构及其工作原理
冲床是压力机的一种,主要通常用于冲模上的板料冲压。
冲床的种类很多,主要有单柱冲床、双柱冲床、双动冲床等。
图4-11是单柱冲床外形及传动示意图。
电动机5带动飞轮4通过离合器3与单拐曲轴2相接,飞轮可在曲轴上自由转动。
曲轴的另一端则通过连杆8与滑块7连接。
工作时,踩下踏板6离合器将使飞轮带动曲轴转动,滑块做上下运动。
放松踏板,离合器脱开,制动闸1立即停止曲轴转动,滑块停留在待工作位置。
图4—11单柱冲床
1-制动闸2-曲轴3-离合器4-飞轮5-电动机6-踏板7-滑块8-连杆
4.2.2冲模及冲压基本工序
1.冲模
冲模是板料冲压时使板料产生分离或变形的工具。
冲模通过冲床加压将金属或非金属板材或型材分离、成形或接合而得到所需制件,它由上模和下模两部分组成。
上模的模柄固定在冲床的滑块上,随滑块上下运动,下模则固定在冲床的工作台上。
冲头和凹模是冲模中使坯料变形或分离的工作部分,用压板分别固定在上模板和下模板上。
上、下模板分别装有导套和导柱,以引导冲头和凹模对准。
而导板和定位销则分别用以控制坯料送进方向和送进长度。
卸料板的作用,是在冲压后使工件或坯料从冲头上脱出。
典型的冲模结构如图4-12所示。
图4-12简单冲模
冲模一般可分为简单模、连续模和复合模三种,其中简单模的应用较为广泛,在新产品试制和小批量生产冲压件中,现普遍采用了简单模,这种冲模不仅结构简单,而且还具有制造方便、成本低廉的特点,并能满足一定的加工质量要求。
简单冲模是在冲床的一次冲程中只完成一个工序的冲模。
图4—10即是落料或冲孔用的简单冲模。
工作时条料在凹模上沿两个导板9之间送进,凸模向下冲压时,冲下的零件(或废料)进入凹模孔,而条料则夹住凸模并随凸模一起回程向上运动。
条料碰到卸料板8时(固定在凹模上)被推下,这样,条料继续在导板间送进。
重复上述动作,冲下第二个零件。
2.冲压基本工艺
冲压的主要基本工序有落料、冲孔、弯曲和拉深。
(1)落料和冲孔
落料和冲孔是使坯料分离的工序,如下图4—13所示。
图4—13落料及冲孔
1-凹模2-坯料3-冲头4-坯料5-余料6-产品
落料和冲孔的过程完全一样,只是用途不同。
落料时,被分离的部分是成品,剩下的周边是废料;
冲孔则是为了获得孔,被冲孔的板料是成品,而被分离部分是废料。
落料和冲孔统称为冲裁。
冲裁模的冲头和凹模都具有锋利的刃口,在冲头和凹模之间有相当于板厚5%-10%的间隙,以保证切口整齐而少毛刺。
(2)弯曲
弯曲就是使工件获得各种不同形状的弯角。
弯曲模上使工件弯曲的工作部分要有适当的圆角半径r,以避免工件弯曲时开裂,如图4-14所示。
(3)拉深
拉深是将平板坯料制成杯形或盒形件的加工过程。
拉深模的冲头和凹模边缘应做成圆角以避免工件被拉裂。
冲头与凹模之间要有比板料厚度稍大一点的间隙(一般为板厚的1.1-1.2倍),以便减少摩擦力。
为了防止褶皱,坯料边缘需用压板(压边圈)压紧,如图4—15所示。
图4—14弯曲a)拉深模 b)坯料 c)产品
图4—15拉深
1-冲头2-压边圈3-下模
思考与练习
1.锻造加工有哪些特点?
锻造毛坯与铸造毛坯相比,其内部组织、力学性能有何不同?
2.自由锻的基本工序有哪些?
3.镦粗应注意什么?
镦粗时对坯料的高径比有何限制?
为什么?
4.试从设备、模具、锻件精度、生产效率等方面分析比较自由锻
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